第三章-HIVERT系列通用高压变频器硬件概述讲解学习

第三章HIVERT通用高压变频器功能概述HIVERT通用高压变频器一般由功率单元/控制柜，变压器柜组成，大功率还须配置启动柜。

3.1控制/单元柜控制/单元柜(简称单元柜)用于安装控制系统、功率单元及其辅助部件，控制/单元柜主要由以下部件构成●控制器●I/O接口板●人机界面（监视器、触摸式按键、按钮、指示灯）●功率单元●功率单元电阻板●单元电压检测板●控制变压器组件●输出电流检测霍尔元件●输出电压检测板●一次接线室●二次接线室●除湿器●离心冷却风机●UPS（可选）典型单元柜排布图见图3.1。

图3.1典型单元柜排布图3.1.1控制系统功能描述HIVERT通用高压变频器控制系统主要由控制器、I/O接口板和人机界面组成，控制系统图如图3.2所示。

控制器由一块主控板、一块信号板、三块光纤板和一块电源板组成，各板之间通过总线底板连接。

控制器工作电源由本身电源板提供。

控制器外型图如图3.3所示。

主控板采用正弦波空间矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令,完成对变频器控制的所有功能；通过RS232通讯口与人机界面的监视器进行数据交换。

信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将采集到的输出电压、电流模拟信号隔离、滤波和模数转换，提供数据给主控板用于变频器的控制、保护；光纤板与功率单元通过光纤传递数据信号，一块光纤板控制对应的一相单元，光纤板通过光纤周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号和工作模式指令，并接收功率单元状态信号。

HIVERT通用高压变频器控制器连接图如图3.4所示。

输出电流检测图3.2 HIVERT通用高压变频器控制系统图（10kV）图3.3控制器外型图图3.4 HIVERT通用高压变频器控制器连接图I/O接口板用于处理变频器及与外部连接的模拟信号和数字信号，对数字量做逻辑处理。

具有处理2路模拟量输入和4路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号和来自现场的流量、压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机界面进行模数转化；模拟输出量输出4-20mA电流信号，对应变频器运行频率、输出电流、输出电压、电机转速信号。

此外I/O接口板对单元柜温度、输入电流和输入电压进行采样，通过RS232传输到监视器。

D C 300V 输入(闭合分闸)模拟给定模拟反馈D C S 通讯压指示障指示行指示程控制闭合有效（ ）率到达闭合有效（ ）故障输出断开有效（ ）故障输出闭合有效（ ）启停用停度2度3度4度5测组工投切程复位压分断压分断急停机度1输出频率输出电流图3.5 I/O 接口板原理图人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，包括系统状态指示灯、监视器、触摸键盘和柜门按钮。

人机界面原理图见图3.6。

图3.6人机界面原理图监视器液晶屏为一块带背光的工业屏，可以显示8行中文全角文字。

通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与I/O接口板连接，接收主控板和I/O接口板通讯来的数据，负责处理与外部的通讯联系，显示变频器电流、电压、功率、运行频率等运行参数，并实现对电机的过载报警和过流保护。

监视器主控板上还有两个模拟输入通道，接收4-20mA模拟信号，一路用于频率或闭环运行时的给定量模拟设定，另一路用于接收来自现场变送器的压力或流量等信号。

监视器通过触摸式按键设置变频器参数，并显示变频器的状态、参数。

系统复位按钮用来复位监视器、并在故障时进行系统复位，清除故障锁存。

当变频器发生重故障时，系统进入故障锁存状态，分闸信号闭合，分断高压电源；同时合闸允许信号断开，使合闸操作无效；在故障排除后必须通过系统复位按钮解除故障锁存，复位控制系统（包括控制器、人机界面、I/O接口板），使变频器恢复到正常状态。

变频器非重故障时，复位按钮仅复位监视器，对控制系统没有影响（在运行状态下复位不会造成停机）。

图3.7 监视器高压分断按钮具有自锁功能，用来分断变频器高压电源。

在变频器或现场出现紧急状态，或需要马上切断变频器高压电源时，用单手手背拍下高压分断按钮，分断高压电源。

此按钮自锁后，顺时针转45°后自锁失效。

高压分断按钮拍下后，故障显示和记录为外部故障，并使合闸允许断开，分闸闭合。

在变频器检修或维护期间，必须拍下此按钮，以防高压电源误操作。

当系统配有自动旁路柜，且自动旁路允许时，拍下此按钮将使电机投入到工频电网运行。

●触摸键盘这一区域一共有八个薄膜式轻触按键，依次排列如图3.7 监视器右侧所示，这八个按键的含义见下表。

按任意键都能点亮屏幕背光。

●监视器监视器具有以下特点：◆全中文文字表述，符合中国人的使用习惯，易学易用◆多组运行参数同屏显示◆可依次保存十个历史故障记录◆闭环运行时，可在线调整PID参数监视器分为六种屏显状态，◆系统状态屏◆功能设置屏◆参数设置屏◆故障记录屏◆运行记录屏◆时间设置屏● 系统状态屏：参数。

如图3.8、图3.9所示：系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：35运行频率 0.00Hz 给定频率 50.00Hz 输入电压 6134V 输入电流 0.5A 输入功率 0kW 本地给定本地控制系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：35运行频率 0.00Hz 给定频率 50.00Hz 输出电压 0V 输出电流 0.0A 输出功率 0kW 本地给定本地控制给定方式控制方式系统状态 单元柜内温度系统当前时间输入参数输出参数图3.8 开环状态下的系统状态屏系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：35运行频率 0.00Hz 给定参量 0.00%输入电压 6134V 输入电流 0.5A 输入功率 0kW 本地给定本地控制系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：35运行频率 0.00Hz 反馈参量 0.00%输出电压 0V 输出电流 0.0A 输出功率 0kW 本地给定本地控制图3.9 闭环状态下的系统状态屏● 功能设置屏系统状态屏下按进入功能设置屏，共有18确认，如图3.10、图3.11所示。

图3.10 功能设置屏切换功能项图3.11功能设置屏更改设置值●参数设置屏功能设置屏下按进入参数设置屏，共有38确认，如图 3.12、图3.13所示。

图3.12 参数设置屏切换参数项图3.13参数设置屏参数值更改●故障记录屏参数设置屏下按进入故障记录屏，HIVERT 通用高压变频器最多可以记录10个O表示最新故障，用查看该故障下的各单元状态（每次显示三相同一位置的三个单元），如图3.14所示。

故障记录故障记录号 0故障类型单元重故障故障时间 2006/06/28/16:03:25单元A1 正常单元B1正常单元C1光纤故障故障记录排列序号故障名称故障发生时间故障时的单元状态图3.14故障记录屏运行记录屏在故障记录屏下，按进入运行记录屏。

运行记录屏记录了变频器最近的起停时间和变频器的累计运行时间。

当系统运行时，正常停机项显示无，如图3.15所示，当系统正常停机或者故障停机时，停机项将分别按类型显示，分别如图3.16和图3.17所示。

图3.15系统运行时运行记录显示图3.16正常停机时运行记录显示图3.17 故障停机时运行记录显示时间设置屏在运行记录屏下，进入时间设置屏，按触摸按键和移动时和 3.18所示。

图3.18 时间设置屏3.1.2功率单元的功能描述功率单元（简称单元）安装在单元柜内，单元的三相输入接隔离变压器的副边绕组，有快熔断器保护。

同一规格的单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。

功率单元外型一般如图3.19所示。

图3.19 功率单元图功率单元型号含义如下：H PU /额定输出电流（A ）额定输出电压（V ）公司名称HICON 缩写功率单元缩写（Power Unit ）P 表示带旁路，无P 表示无旁路图3.20 功率单元型号定义例如HPU690/077代表额定输出电压690V ，额定输出电流77A 的功率单元。

单元具有独立的控制板和驱动板，控制板和驱动板工作开关电源取自主回路中的直流环节，正常工作电压范围为450VDC ～1150VDC 。

驱动板用于驱动IGBT 和单元旁路中的可控硅，单元控制板通过光纤与控制器中的光纤板通讯。

光纤是单元与控制器的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔离。

功率单元原理图参见图3.21，图3.21 功率单元原理图功率单元主要由三相二极管整流电路、直流电容储能滤波电路、IGBT逆变电路组成。

功率单元控制板原理图见图3. 22。

控制板通过光纤（XS4）接收来自控制器的信号，经接收解码器解码后用于对IGBT的控制。

控制板上有过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等各种单元故障检测电路，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编码后，由光纤（XS3）发送回控制器，实现故障保护（接口板输出故障保护跳闸及故障报警指示）和故障记忆（人机界面显示故障原因、时间、位置，并保存）。

控制板上的控制电源直接取自功率单元直流母线（通过XS1），经过开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。

因此，高压电源失电后，控制电源并不会立即消失，控制板上的电源指示灯经过几分钟后才能熄灭。

这种取电方式可以确保高压电源瞬时停电跟踪功能的实现。

XS8(常闭)图3.22 单元控制板原理图单元驱动板简称驱动板，原理图见图3.23。

驱动板用于产生4个IGBT的驱动信号，并将IGBT的故障信号反馈到单元控制板。

驱动板通过端子XS5与控制板端子XS6相连，其中L控制左桥臂上的Q1、Q3 两个IGBT，R控制右桥臂上的Q2、Q4 两个IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4通过反相器互锁；/INHB为IGBT禁止信号；/DR为IGBT的故障信号，反馈回控制板用于单元保护。

驱动板上的电源来自控制板，其中+15V电源被隔离成4路电源，分别用于4个IGBT的驱动。

图3.23 单元驱动板原理图功率单元可选单元旁路功能，当某个单元发生缺相、过热和IGBT 故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时旁路开关K 导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路报警。

说明：单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，但当变频器本身运行频率较低，如6kV 通用通用运行频率低于40Hz 时， 10kV 通用通用运行频率低于43.7Hz 时，变频器将自动提高工作单元的输出电压，而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。

对于风机水泵类负载，因轴功率与转速的立方成正比，如6kV 通用通用一级单元旁路时，输出能力为额定的80%，因此运行频率低于46.4Hz 时，变频器仍能满足输出要求。

实际上变频器选型时留有一定的余量，此频率要更高些。

当负载较大，变频器旁路后满足不了输出要求时，变频器将自动降低运行频率，直到输出电流在允许范围内（如额定电流）。